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混凝土因其抗压强度高,可浇注成各种形状,并且耐火性好,不易风化,养护费用低,成为当今建筑结构中使用最广泛的建筑材料之一。而随着商品混凝土的诞生,由于其施工方便快捷,性能稳定,质量可靠,劳动强度低,生产效率高,同时又可减少污染,保护环境等综合优点,更加得到广泛应用。
从事建筑的技术人员都知道,普通钢筋混凝土构件基本上都是带裂缝工作的,有些裂缝很细,甚至肉眼看不见,一般对结构的使用和安全无大害,但有些裂缝在使用荷载或外界环境的物理及化学因素作用下,会引起混凝土碳化、保护层剥落及钢筋锈蚀,使钢筋混凝土强度和刚度受到削弱,耐久性降低,甚至危害结构的正常使用,必须加以控制, 因此研究商品混凝土裂缝产生的原因及预防措施是非常重要而迫切的。
1.混凝土裂缝类型及成因
实际上,钢筋混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多,甚至多种因素互相影响,但每一条裂缝均有其产生的一种或几种原因,其中最常见的是混凝土早期裂缝,混凝土早期裂缝有以下几种:
1)沉塑裂缝
此类裂缝产生的主要原因是由于混凝土骨料沉降时受到阻碍(如钢筋)而产生的。这种裂缝大多出现在混凝土浇注后0.5小时至3小时之间,混凝土尚处在塑性状态,混凝土抹面后就会产生,沿着梁及板上面钢筋的走向出现,主要是混凝土塌落度大、沉陷过多所致。另外在施工过程中如果模板支架强度、刚度不足,造成模板沉陷、位移也会出现此类裂缝。
2)收缩裂缝
这类裂缝多在表面出现,形状不规则、长短宽窄不一、呈龟裂状,深度一般不超过50mm。此类裂缝产生的主要原因是混凝土浇筑后,在塑性状态时表面水分蒸发过快造成的,主要是混凝土浇注后表面没有及时覆盖、养护,特别是平板结构在炎热或大风天气中,混凝土表面水分蒸发过快,或者是基础、模板吸水过快,以及混凝土本身的水化热高等原因造成混凝土产生收缩,此时混凝土强度很低,不能抵抗这种变形应力而导致开裂。混凝土中蒸发水分的速度越快,塑性收缩裂缝越容易产生,而商品混凝土由于为了满足可泵性、流动性、出机时混凝土的塌落度比普通混凝土大很多,所以其水分特别容易散失,表面容易形成裂缝。
3)温度应力裂缝
此类裂缝产生的主要原因是由于混凝土浇筑后,聚积在内部的水泥水化热不易散发,造成混凝土的内部温度升高,而混凝土表面散热较快,这样形成较大的内外温差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。如果在混凝土表面附近存在较大的温度梯度,就会引起较大的表面拉应力,此时混凝土的龄期很短,抗拉强度很低,如果温差产生的表面拉应力,超过此时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土表面产生表面裂缝。这种裂缝一般产生很早,多呈不规则状态,深度较浅,属表面性质。表面裂缝易产生应力集中,能促使裂缝进一步开展。
4)施工工艺质量引起的裂缝
在钢筋混凝土结构浇注过程中,若施工工艺不合理,也可能产生各种形式的裂缝,比较典型且常见的如下:
①混凝土保护层厚度不符合要求 ,混凝土的保护层厚度是根据混凝土所处的环境而定,对于室内正常环境下板和墙的保护层厚度为15MM,梁和柱的保护层厚度为25MM;对于露天或室内高湿度环境的板、墙和梁、柱的保护层厚度分别为25MM、35MM。如果钢筋混凝土保护层过厚超过设计要求,或乱踩绑扎的上层钢筋,使承受负弯矩的钢筋保护层加厚,导致构件的有效高度减小,容易造成与受力钢筋垂直方向的裂缝。
②混凝土浇注过快,混凝土震捣不密实、不均匀,出现蜂窝、麻面、空洞,导致荷载作用下裂缝的起源点。混凝土流动性较低在硬化前因混凝土振捣不足,硬化后沉实过大,混凝土在完成终凝时,由于水泥的水化作用体积将收缩,容易在浇注数小时后发生裂缝,属于塑性收缩裂缝。
③混凝土表面抹面过早,目前普遍使用预拌混凝土,要完成混凝土的输送,一般混凝土的塌落度较大,为了改善混凝土的工艺性能预拌混凝土中掺有复合材料,由于某些操作人员不掌握预拌混凝土的终凝时间,不按要求施工,混凝土表面容易产生不规则的干缩裂缝。
④混凝土搅拌、运输时间过长,水分蒸发过多,引起混凝土塌落度过低,使得在混凝土表面出现不规则的收缩裂缝。
⑤用泵送混凝土施工时,为保证混凝土的流动性,增加水和水泥用量,或因其它原因加大了水灰比,导致混凝土凝结硬化时收缩量增加,混凝土表面出现不规则裂缝。
⑥混凝土分层或分段浇注时,接头部位处理不好,易在新、旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。
⑦混凝土养护不符合规范要求,混凝土的早期养护不但能使强度增长,而且能防止表面失水而发生裂缝。施工单位往往是为了抢赶进度,忽视了混凝土的早期养护,正是由于对混凝土养护不好,表面水分蒸发过快,致使成型后的混凝土产生永久性的表面裂缝。另外,混凝土早期受冻,也会使构件表面出现裂纹、局部剥落,或脱模后出现空鼓现象。
⑧施工时模板刚度不足,在浇注混凝土时,支模架、模板变形,产生与模板变形一致的裂缝。另外拆模过早,混凝土强度不足,使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。
5)原材料质量引起的裂缝
混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。混凝土所采用材料的质量不合格,可能导致结构出现裂缝。
①砂石含泥量超过规定,不仅降低混凝土的强度和抗渗性,还会使混凝土产生不规则的网状裂缝。砂石的级配差,或砂颗粒过细,用这种材料拌制的混凝土常造成侧面裂缝。碱骨料反应,骨料中硅化物质与碱性物质相遇,水、硅反应会生成膨胀的胶质,吸水后造成局部膨胀和拉应力,则构件产生爆裂状裂缝,在潮湿的地方较为多见。
②拌和用水及外加剂或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱水拌制混凝土,或采用含碱的外加剂,可能对碱骨料反应有影响,产生次生裂缝。
2. 裂缝的防治措施
2.1处理好各工种的合理穿插
施工工艺上,做到在钢筋绑扎完后,按规范和设计要求设置垫块,上部面筋设置支撑脚筋减少人为踩踏。在浇捣混凝土时有专人负责混凝土的保护层厚度,使混凝土保护层厚度处在有效范围之中。
2.2沉降裂缝预防措施
①在满足泵送和施工的前提下尽可能减小混凝土塌落度;
②防止混凝土离析,搅拌运输卸料前先高速运转20―30秒,然后反转卸料;
③确保支模架有足够的刚度的强度,防止模板变形,混凝土浇捣时不能漏振、过振,使混凝土离析分层,保证混凝土的密实性;
④施工过程中严禁随意加水。
2.3收缩裂缝预防措施
①施工单位在浇注混凝土后要及时覆盖养护,增加环境湿度;
②混凝土在满足可泵性、和易性的前提下尽量减小塌落度、降低砂率、严格控制骨料的含泥量。
③做好二次抹面及养护,在混凝土浇筑成形后,混凝土表面的抹面工作应进行二次抹面,即混凝土在终凝前再进行一次抹面,这对消除混凝土表面裂缝至关重要,应及时覆盖避免早期失水。良好的早期(7天)养护,不仅对混凝土强度,而且对防止混凝土表面裂缝的产生也至关重要。由于养护水的渗入使混凝土中未水化的水泥颗粒继续水化,使其具有良好的裂缝自愈能力。
2.4温度应力裂缝预防措施
①降低混凝土发热量。选用水化热低、凝结时间长的水泥,以降低混凝土的温度;掺加缓凝剂或高效减水剂,以提高混凝土强度并减少用水量及水泥用量,延长混凝土达到最高温度时间,减少干缩;尽可能选用最大粒径较大,颗粒形状好且级配良好的粗骨料,避免砂量过多,参入适量的粉煤灰以减少水泥用量,在满足泵送和施工的前提下用低流动性混凝土,严格控制水灰比,减少单位体积混凝土用水量。
②降低混凝土浇筑温度。在高温季节要降低原材料温度,在环境温度较低的早晚浇筑;避免吸收外部环境热量,运输工具、泵送管路尽量遮荫,防止混凝土升温;埋设冷却水管,通入冷水降温。
③分层分块浇筑,大体积混凝土施工应按规范要求进行计算,采用相应措施。
④表面保温与保湿。要尽量长时间地保温和保持混凝土表面湿润,使混凝土能够增长强度以抵抗开裂拉应力。采用有蓄水养护和覆盖洒水养护等有效方式,养护时间一般不少于14天。
3. 裂缝的修补处理
尽管我们在施工中采取了一些预防措施,但混凝土终究避免不了裂缝这种缺陷存在,根据以往的施工经验,处理裂缝的做法是根据构件的使用部位和裂缝宽度及深度来处理。
首先要明确处理的目的,编制专项方案,一般现浇混凝土表面裂缝的处理方法分为表面封闭处理和结构补强处理。修补前,应卸掉一切可卸荷载,然后进行修补。裂缝宽度在5毫米以上,采用高强水泥砂浆灌注;裂缝宽度在0.1-5毫米,采用专用化学裂缝灌注胶以低压慢注射为主,固化打磨修饰平整;裂缝宽度小于等于0.1毫米,采用封缝胶表面封闭。对承受荷重较大部位,裂缝缝内处理后,混凝土表面可采用碳纤维布CFRP粘贴。由于碳纤维布具有高强度,高弹性模量,重量轻,耐高温,耐酸碱腐蚀,无毒,无味,不易燃易爆等性能,适用于混凝土表面加固。
论文摘要:混凝土结构被广泛应用于多种工程,解决开裂问题是决定混凝土结构是否能够满足使用需求和耐久性的关键。
0 引言
混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均质脆性材料。由于混凝土施工、本身变形和约束等一系列问题,使混凝土裂缝成了土木、水利、桥梁、隧道等工程中最常见的工程病害。轻者使内部的钢筋等材料产生腐蚀,降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性等,严重的将威胁到人民的生命、财产。出现混凝土裂缝的原因从微观上看,混凝土是由水泥、砂、石、空气、水组成的多相结合体,由于混凝土的组成材料、微观构造以及所收外界影响的不同,混凝土裂缝产生的原因也有很多种。
1 混凝土结构的裂缝依其形成可分为以下三类
1.1 静止裂缝 系指形态、尺寸和数量均已稳定不再发展的裂缝。修补时,仅需依裂缝粗细选择修补材料和方法,而与其它因素无关。
1.2 活动裂缝 系指其宽度不能保持稳定,易随着结构构件的受力、变形或环境温、湿度的变化而时张、时闭的裂缝。修补时,应先消除其成因,并观察一段时间,确认已稳定后,再依静止裂缝的处理方法修补;若无法完全消除其成因,则应使用具有足够柔韧性的材料进行修补。
1.3 尚在发展的裂缝 系指长度、宽度或数量尚在发展,但经历一段时间后将会终止的裂缝。对此类裂缝应待其停止发展后,方可进行修复或加固。
混凝土裂缝修补前,应对其成因进行研究,若是由于承载能力不足引起的裂缝,除应选择相应的方法进行修补外,尚应选用适当的加固方法进行加固。
2 修补设计
修补设计原则上应根据第四章是否需要修补及补强加固的判定结果,进行恢复己开裂结构件的机能及耐久性的设计,更重要的是要选择适当的修补材料、修补工法以及在选择修补时间的基础上进行修补设计。进行修补设计时,应考虑如下事项:①根据是否需要修补的判断结果,设定修补范围及规模,还应按需要再度调查现场。②掌握开裂原因、开裂状况(裂缝宽度、深度及型式等),建筑物的重要性及环境条件(一般环境、工厂地区、盐类环境、温泉地带、寒冷地带及特殊用途)。③为了明确规定修补目的及恢复目标,考虑环境条件,选定最适于修补的修补材料、修补工法及修补时间。选择修补工法,可按开裂现场及开裂原因决定。另外,当构筑物处于盐类等苛刻环境时,应选择比普通环境条件高一个等级的材料及工法。如有可能,裂缝最好在稳定后再作修补;对随环境条件变化的温度裂缝,则宜在裂缝最宽时处理。
混凝土建筑物及构件的修补恢复目标将视竣工时的初期性能、建筑物的耐用年限、开裂原因、劣化程度及劣化范围等而异,另外,保修年限也不尽相同。通常,可将修补恢复目标分成如下三个阶段:①恢复到与健全构件同等性能。②恢复到不妨碍使用的程度。③恢复到能够确保人身安全的程度。一般针对以确保人身安全而进行的应急修补工程。④必须充分研究修补作业所必要的机械材料、脚手架及工程现场对周围人群的安全保障。
3 修补方法
3.1 表面修补法 ①利用混凝土表层微细独立裂缝(裂缝宽度ω≤0.2mm)或网状裂纹的毛细作用吸收修补胶液,封闭裂缝通道。对楼板和其它需要防渗的部位,尚应在混凝土表面粘贴纤维复合材料以增强封护作用。常用的方法为涂覆法,增加整体面层,压抹环氧胶泥,环氧浆液粘玻璃丝布,表面缝合等。②涂覆法:混凝土表面出现数量较多的表面裂缝时,采用手工或机械喷涂方法,将修补材料涂覆于混凝土表面,起到表面封闭作用。涂膜厚度在0.3~2.5mm之间,厚度大者适应裂缝变化能力强。选用修补材料时应考虑使用条件(室内、室外、环境温湿度变化,介质腐蚀情况)以及裂缝活动情况等,例如,要求耐磨的地坪可选用环氧沥青涂料,聚氨酷涂料,聚氨酷沥青涂料等刚性涂料,不稳定的裂缝修补可选用聚氨酷弹性体,橡胶型丙烯酸酷涂料等弹性涂料。③增加整体面层:混凝土表面裂缝数量较多,分布面较广时,常采用增加一层水泥砂浆或细石混凝土整体面层的方法处理。多数情况下,整体面层内应配置双向钢丝网。有条件时,宜采用喷射法施工水泥砂浆或混凝土整体面层。
3.2 局部修复法 ①充填法 用钢钎、风镐或高速转动的切割圆盘将裂缝扩大,最终凿成V形或梯形槽,分层压抹环氧砂浆、或水泥砂浆、或聚氯乙烯胶泥、或沥青油膏等材料封闭裂缝。其中V形槽适用于一般裂缝修补;梯形槽用于渗水裂缝修补;环氧砂浆适用于有结构强度要求的修补;聚氯乙烯胶泥和沥青油膏仅适用于防渗漏的修补。②预应力法 用钻机在构件上钻孔,注意避开钢筋,然后穿入螺栓(预应力钢筋),施加预应力拧紧螺帽,使裂缝减小或闭合。如条件许可时,成孔的方向应与裂缝方向垂直,钻孔方向不与裂缝垂直时,宜采用双向施加预应力。③部分凿除重新浇筑混凝土 对于钢筋混凝土预制梁等构件,由于运输、堆放、吊装不当而造成裂缝的事故时有发生。这类裂缝有时可采用凿除裂缝附近的混凝土,清洗、充分湿润后,浇筑强度高一等级的混凝土,养护到规定强度的修补方法。修补后的构件仍可使用在工程上。用这种方法修补己断裂的构件应特别慎重。此外,修补前应检查钢筋的实际应力和变形状况。修补混凝土宜用微膨胀型。修复工作必须十分仔细认真,否则新老混凝土结合不良将导致失败。
3.3 灌浆法 将水泥或化学浆液灌入混凝土缝内,使其扩散,固化。固化后的浆液具有较高的粘结强度,与混凝土能较好地粘结,从而增强了构件的整体性,使构件恢复使用功能,提高耐久性,达到堵漏防锈补强的目的。用于结构修补的化学浆液主要有两类:一类是环氧树脂浆;另一类是甲基丙烯酸甲酷液(简称甲凝液)。用于防渗堵漏的化学浆液主要有:水玻璃、丙烯酞胺、聚氨酷、丙烯酸盐等。这些不溶物可充填缝隙,使之不透水并增加强度。
3.4 低压慢注修补法(注射法) 以一定的压力将修补胶液注入裂缝腔内;此法适用于处理0.2
3.5 压力注浆法 在一定时间内,以较高压力(按注浆料产品说明书确定)将灌注材料压入裂缝腔内;此法适用于处理大型结构贯穿性裂缝、大体积混凝土的蜂窝状严重缺陷以及深而蜿蜒的裂缝。可使用JN-J或HPG两种水泥基改性材料,也可使用JN-M结构灌注胶。
3.6 填充密封法 在构件表面沿裂缝走向骑缝凿出U形或V形沟槽,然后用改性环氧树脂或弹性填缝材料填充,必要时以纤维复合材料封闭其表面;此法适用于处理ω>0.5mm的活动裂缝和静止裂缝。可使用JN-XF裂缝封闭胶或JN-LE弹性灌缝胶。
民用建筑混凝土结构裂缝修补工法多种多样,但我们不能只知其一、只用其一,而应牢牢掌握每一种方法,以一变应万变,做到根据不同情况采取不同方法,切实从每一个环节入手,做好过程控制,完善施工手段,确保施工质量,尽量实现修补最优。
参考文献:
关键词:板块病害;力学特征;水泥混凝土
中图分类号:U41文献标识码:A文章编号:16723198(2007)11027302
1引言
水泥混凝土路面是一种刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好的路面结构。加之水泥混凝土路面的适应性及抗灾能力强,能较好地满足现代化交通的要求,自20世纪90年代以来得到了迅猛发展。但随着公路里程的增加,养护维修的任务越来越重,况且由于路面经常受重交通荷载、环境条件等因素的作用,水泥混凝土路面在使用初期或经过一段时间使用后,容易出现一定程度的损伤破坏,如路面表面出现细小的裂缝、坑槽、露骨;路面板出现裂缝、断板;接缝产生错台、碎裂等病害。这些病害降低了路表使用性能,减小了路面结构的承载能力,降低了道路的通行能力,应迅速予以修复,否则在车辆荷载和环境因素继续作用下,路表使用性能将迅速降低,路面承载能力将进一步下降,会引起整个路面结构迅速破坏。从而会大大增加今后的维修成本。
2板块破坏的类型及传统修补方法
在水泥混凝土路面的板块修补方面,常采用的方法是将损坏的混凝土除掉,将局部板块凿成5~7cm的长方形凹槽,清除刷洗干净后重新补铺路面,铺上与原路面混凝土相同强度或略高于路面混凝土原设计强度的普通混凝土。
2.1板块破坏的类型
板块破坏修补的类型一般包括:
(1)板角断裂:裂缝垂直通底,并从角隅到断裂两端的距离等于或小于板边长的一半。(2)边缘有中等或严重的混凝土开裂或成碎块。(3)坑洞,板表面出现直径为2.5~10cm、深为1.2~5cm的坑洞。
2.2传统的修补方法
(1)沥青混凝土。长期以来,公路部门都习惯于采用沥青混凝土对损坏的水泥混凝土路面进行修补,尽管方法简便,但隐患较多。①道路强度不均匀,传荷不一致。②使用寿命短。沥青混凝土本来的使用寿命就较水泥混凝土路面短得多,夹在水泥混凝土板面中间,更易发生破坏,有的其至一个冬季或雨季过后,就要进行重新修理。③影响路面平整度,降低表面使用功能。由于沥青混凝土的热稳性较差,夏季在外部荷载作用下,沥青混凝土易产生变形,导致路面平整度下降,影响路面使用功能。④不美观。在整片灰白色的水泥混凝土路面中补上一块黑色的沥青混凝土,路面景观受到影响,行车者见了也很不舒服。
(2)普通水泥混凝土。公路上另一种传统的修补水泥混凝土路面的方法是将破损的混凝土除掉,新铺上与原设计标号相同或高标号的普通混凝土,采用普通水泥混凝土修补被损坏的混凝土路面,主要有如下缺点:①收缩大,易导致新老混凝土拉开。②水泥混凝土本身粘度低,与老混凝土结合差。③新老混凝土间的界面缺陷,易使混凝土开裂。④养生期长,影响交通。
3板块病害修补结构形式研究与力学分析
3.1基本几何性能
水泥混凝土路面在进行受力分析过程中,可以按薄板的基本几何来进行。对混凝土板块建立如图1所示的坐标系,板在x-y平面内,在z方向的厚度为t,板的表面在z=±t/2处,中面在z=0处,它满足薄板的基本几何:(1)板的厚度比它的平面尺寸b和c要小得多,既t
板块在破坏后,按照传统的修补方法,是将破损的混凝土除掉,新铺上与原设计标号相同或高标号的普通混凝土,采用普通水泥混凝土修补被损坏的混凝土路面,其修补形式和修补后修补块的界面受力,采用传统的修补形式进行修补后,由于界面间骨料的咬合力,修补板块的边界上仍旧作用有面应力和剪应力,这些应力从板的中面开始,在z方向线性变化。虽然忽略了板的横向剪切变形,但是仍旧有横向剪应力,这些横向的应力在沿边界上就产生了弯矩和扭矩。由于界面间各种作用力的存在,在行车荷载的作用下,必定会在接缝处产生接缝碎裂等现象,而且新混凝土的干缩还会使新老混凝土产生裂缝,导致地面水下渗,从而会引起整个板块的破坏。
4.2修补方案的提出及力学分析
采用膨胀胶条使修补块与原混凝土板块分离开,使新旧板块单独受力。分离以后,按最不利位置进行加载,以单轴130KN的均布荷载全部作用在修补块上进行ANSYS受力分析。修补后新旧混凝土界面上的应力值在采用胶条进行修补和采用传统修补方法进行修补时,界面应力所示。
由新旧混凝土界面剪应力云图4和图5可以看出,在新旧混凝土界面上,由于胶条的作用,界面各种应力值明显减小,有的应力值甚至为0,这样,单元的受力结构就由图3变成了另一种受力状态。由于胶条的作用,减小了修补后的新混凝土与老混凝土之间的界面应力,混凝土板块作用面上的剪力yzτ和xzτ明显减小,xσ,yσ也相应减小,使修补的混凝土板块单独受力,单独工作,从根本上改变了传统的修补思想。
4实验路修补的施工工艺与效果分析
4.1施工工艺
(1)确定切割范围:对路面进行清扫,用粉笔画出处治区域。
(2)切割及清理:按照标线用切割机进行切割,切成5cm以上深的槽,切割完毕后,用风镐对其破损部分进行破除,破除深度大约为15cm,坑槽底部要求尽量平整,风镐无法找平的地方,要人工用手锤,刚钎进行整平,清理完毕后,用气泵除尘,直到洁净为止。
(3)配制修补用混凝土及树脂胶。用滚桶式搅拌机拌和混凝土,少量的混凝土也可用人工拌和,在拌和时,要求对膨胀剂和早强剂的剂量要控制准确。树脂胶在配制完成后,要求在10分钟内全部涂于混凝土壁面上,以免温度过高,发生膨胀而无法使用。
(4)对清理好的混凝土面用水浸润30分钟后,将界面水清理干净,然后在界面上涂刷一层水泥净浆。
(5)粘止水膨胀条:用抹布把边缘擦干净,将树脂胶毛刷均匀地涂在止水膨胀条上及老混凝土边缘,按照上表面与混凝土表面相同高度的原则,把胶条粘在混凝土切割缝上。
(6)灌注:灌注混凝土,用振捣棒进行振捣,振捣完毕后使混凝土表面高出原路面1cm,用抹子抹平表面,在抹平时应注意不要使止水条低于混凝土表面,抹平后拉毛。
(7)养生:喷洒养生剂或用塑料薄膜覆盖养生,三天后开放交通。
4.2修补后的效果分析
针对此种修补方案,本项目组于6月末在某高速公路选定3KM范围内进行了实地的混凝土板块的修补,并于7月初对修补的混凝土板块进行了观测,效果显著。
采用上述修补方案修补后的混凝土路面,通过一段时间的行车荷载作用后,在新旧混凝土板块接缝处没有任何的板边破碎或掉角等现象,这说明了胶条的存在,缓解了行车荷载的冲击作用,减小了界面之间的剪力和弯矩。修补后,1d龄期时混凝土抗压强度达到了17.5MPa,满足了1d开放交通的要求,证实了采用这种修补方案进行维修混凝土路面的可行性,基本上可以用于实际混凝土路面板块病害的修补。
参考文献
[1]Ohama,Y.Handbook of Polymermodified Comcrete and MortarsProperties and Technology,Noyes Publications,2005:p473478.
关键词:水泥砼路面裂缝;产生原因 ; 修补方法; 修补材料
中图分类号:TU37 文献标识码:A 文章编号:
前言:水泥混凝土路面有强度高、稳定性好、耐久性好、有利于当地建材业的发展、缓 和沥青供应不足、经济效益高等优点。近年来,我国许多省、市修建了大量的水泥砼路面,但随着里程的增长,加上早期修建的水泥砼路面已接近使用年限。特别是近几年,汽车业迅速发展交通量逐年增大,交通荷载重型化,行车速度的提高,加速了结构层和路面层的损坏。其中裂缝的产生是最常见的病害,会直接损坏面层和结构层,因而影响行车速度,舒适性和安全性,因此对裂缝的修补尤其重要。由于水泥砼路面裂缝修补是一项技术强,难度大的工作。同时为了使交通更快得到开放,也就必须选择合理的材料配合,使修复工程更迅速达到一定的强度和耐久性,使交通得以正常运行。
一、裂缝产生原因分析
裂缝产生原因主要在基层质量、材料、环境、施工工艺等方面: 1. 基层施工质量。(1)基层平整度差,将导致混凝土面层厚度不匀,离散性大,在行车荷载及温度翘曲应力作用下,使得路面应力集中。当应力超过极限强度时,就会在厚度薄弱处产生裂缝。(2)地基强度不均匀,路基填料混杂或压实不好,产生不均匀沉降,导致混凝土板产生裂缝。(3)路基软弱,未压实或路面基层强度不足、沉降量过大,混凝土板受弯产生裂缝。(4)半填半挖路段,填挖交接处未按要求进行处理或处理不当,或填方部分未压实,导致填方部分沉降或滑移而造成裂缝。
2. 原材料的质量。水泥规格的选择直接影响工程质量。水泥的化学成分及细度对混凝土质量有很大影响,如果水泥硅酸二钙等含量过高或含有较高的有害杂质,会使混凝土的稳定性降低,产生过大的收缩,从而导致水泥混凝土路面产生裂缝;再如水泥中铝酸三钙含量较大,水化时混凝土放热快,产生的热量多,常使内部温度上升到50℃造成内外温差较大从而产生较大的应力,使混凝土产生裂缝。
3.混凝土养生不当。养护不及时,就会造成顶面失水快,收缩迅速;板底失水慢,收缩缓慢,翘曲后则产生裂缝。
4.振捣的影响。在混凝土浇筑过程中振捣不足,易使混凝土中出现气孔、蜂窝,在行车荷载及自然因素作用下产生应力集中而导致裂缝;振捣过量,则粗骨料下沉,混凝土离析,影响其强度。
5.施工温度的影响。混凝土具有热胀冷缩的性质,当外部或内部温度发生变化时,混凝土会产生变形。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,在表面引起拉应力。后期在降温过程中,由于受到基础或老混凝土的约束,又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢,但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化,如养护不周、时干时湿,表面干缩形变受到内部混凝土的约束,也往往导致裂缝。6. 施工组织不正常。在混凝土浇筑过程中,因停电、机械故障、就餐停拌等因素,使已浇筑的混凝土的接荐面出现初凝,再浇筑时,先浇筑的混凝土与后浇筑的混凝土间就会出现人为的薄弱面,形成不规则的接缝。另外,不及时拆除边模,使两侧模板约束板体的自由收缩,也可能产生早期裂缝。
二、水泥混凝土路面裂缝修补技术
1. 裂缝修补材料的选择原则
裂缝修补材料必须满足以下性能要求:
①与基质混凝土具有较好的相容性。②快速凝结性。③防水抗渗性;④有足够的弯拉强度。⑤优良的抗嵌入性;⑥使用方便、施工快捷;⑦对环境无污染;
2. 水泥砼裂缝修补材料
裂缝修补材料根据其功能可分为高模量补强材料和低模量密封材料。前者固化后具有较高的强度和刚度,后者则具有较大的柔性。当水泥砼路面由于裂缝造成强度不足时,宜选用高模量补强材料。因为修补材料太低,将降低应力传递效果,起不到补强材料。当水泥砼路面仅出现贯穿裂缝,而板面强度仍能满足通车时,为防止雨水和空气的侵蚀,裂缝扩大而削弱路基,可选用低模量密封修补材料,将裂缝封闭。
典型的高模量补强材料有环氧树脂类,酚醛和改性酚醛树脂类胶粘剂,低模量密封材料有聚氨脂类、烯类、橡胶类、沥青类胶粘剂。
3.水泥砼裂缝修补方法
砼路面裂缝产生的原因比较复杂。修补时要根据实际情况采用合理的修补方法。具体的修补方法有表面封闭法、灌缝胶注射法、压力注浆法、填充密封法四种。
(1)、表面封闭法
本方法适用于裂缝宽度w<0.15mm的裂缝。 利用混凝土表层微细独立裂缝或网状裂纹的毛细作用吸收低粘度且具有良好渗透性的裂缝封闭修补胶液封闭裂缝通道,提高结构的耐久性。对有防渗要求的结构部位,还应在裂缝表面粘贴玻璃纤维布(GF布)或碳纤维布(CF布)以增强封护作用。
(2)、灌缝胶注射法
本方法适用于裂缝宽度0.1mm≤ w ≤1.5mm的静止型独立裂缝、贯穿性裂缝以及蜂窝状混凝土局部缺陷的补强和封闭。以一定的压力将低粘度、高强度的高分子聚合物裂缝灌缝胶注射入裂缝内,胶液固化后将开裂两侧的混凝土连接成结构整体;胶液还能进一步渗透到裂缝周围的混凝土毛细缝隙中,形成较宽的加固带,并能沿着钢筋走向渗透,保护钢筋和增加钢筋与混凝土的粘合力,起到对裂缝修复并对结构局部增强并提高耐久性的作用
(3)、压力注浆法
本方法适用于裂缝宽度w ≥0.15mm的静止型裂缝、大型结构的贯穿性裂缝、大体积混凝土的蜂窝状严重缺陷以及深而蜿蜒的裂缝。在一定的时间内,以较高的压力将修补裂缝的超细无收缩水泥注浆料、改性聚合物水泥注浆料及不回缩微膨胀水泥注浆料压入裂缝腔内,填实混凝土结构裂缝空间形成结构整体
(4)、填充密封法
本方法适用于裂缝宽度w ≥0.5mm的活动裂缝和静止裂缝。在构件表面沿裂缝走向骑缝凿出或切出槽深和槽宽分别≮20mm和15mm的U型构槽,然后用改性环氧树脂或弹性填缝材料充填,并粘贴GF布或CF布封闭其表面;
实际修补过程中根据工程需要,四种裂缝修补方法可组合使用,以求达到最好的修补效果。
三、结束语
总之,水泥混凝土路面产生裂缝的原因很多,既有单一因素,也有综合因素。因此我们对某一种裂缝的产生,不应孤立看待,应综合进行分析研究,以确保水泥混凝土路面的施工质量,争取避免或减少混凝土路面裂缝的出现。在裂缝修补中,选择合理的修补方法尤为重要,但修补材料的配制和选择也不能轻视,从目前各类裂缝修补材料来看,环氧树脂类材料是具有广泛价值的修补材料。
参 考 文 献
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买淑芳,混凝土聚合物复合材料及其应用。科学科技文献出版社,1996。
俆培华,宋哲玉,聂紹社,水泥混凝土路面接缝养护技术研究,公路,1998(1)
袁润章,胶凝材料学,武汉工业大学出版社,1989。
关键词:民用建筑;混凝土;裂缝;处理技术
中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:
混凝土具有原料丰富,价格低廉,生产工艺简单的优点,所以用量逐渐增大;然而混凝土还具有抗压强度高,耐久性好,强度等级范围宽,使其使用范围出十分广泛,不但在各种土木工程中使用,就是造船业,机械工业,海洋的开发,地热工程等。目前混凝土结构裂缝多种多样,其形成原因及修补方法也多种多样,因此在对混凝土裂缝进行修补的过程中不能只知其一、只用其一,而应该综合掌握裂缝的各种形成原因并根据其不同形成原因采取不同的修补方法,最终实现对裂缝的优质修补,能够最大限度的恢复构件的使用功能。
1 民用建筑混凝土裂缝成因
1.1 结构形变
温缩裂缝:混凝土浇筑完成后在水泥水化过程中会释放大量的水化热,但混凝土本身的导热能力较差,因此在混凝土结构尤其是大体积混凝土结构内部聚集的热量将不易散失,并且其内外部分将会形成较大的温差和温度应力,当该温度应力超过混凝土的抗应力能力时则将会出现裂缝。
塑性裂缝:混凝土在浇筑完成之后硬化之前处于塑性阶段,当混凝土上部在收缩过程中的均匀沉降受到限制,尤其是当其水平方向的收缩更加困难时将会导致混凝土内部出现不规则裂缝。
形变:混凝土内部水泥在水化过程中由于内部近80%左右的水分将被蒸发而要发生收缩变形,随着水分被蒸发混凝土逐步硬化,其水分以吸附水的形式脱离混凝土导致沪混凝土形成收缩变形,同时在混凝土硬化过程中内部氢氧化钙与空气中的二氧化碳发生化学反应同时生成部分水分,该水分在蒸发过程中也将导致混凝土产生塑性变形。
地基沉降:建筑物基础产生差异沉降或结构构件结合不良以及内部剪力、应力等超出设计强度也将导致混凝土结构出现不均匀沉降,致使结构产生裂缝。
1.2 超载现象
投入使用的建筑物所承受的各种荷载超过其设计荷载时其结构内部则会产生内力弯矩,当该弯矩值达到一定值时则会导致构件内部出现垂直于纵轴的裂缝,同时结构构件所承受的剪应力达到一定数值将会导致构件内部产生斜裂缝,随着时间推移该斜裂缝将会从下往上延伸,或当构件实际受力与设计情况不吻合或设计荷载过小也将导致构件超载而引起结构裂缝。
1.3 施工因素
混凝土内水泥和水分通过水化作用生成胶结材料将内部粗细骨料胶合为人工石体,即混凝土,因此水泥、骨料等原材料质量决定着混凝土的质量,同时在配合比中如水灰比高、水泥用量大或搅拌不均匀等均可导致混凝土收缩量增大,引起混凝土后期出现裂缝;为了保证混凝土的泵送能力而往往在拌和中多加水泥和水,导致由于水泥或水量大、骨料量少而形成浆多现象,因此在混凝土干缩过程中更容易导致裂缝产生;施工过程中由于混凝土搅拌不均匀、振捣不密实或钢筋表面污染、保护层不合理以及钢筋在浇筑过程中发生位移、模板接缝不密实或支撑刚度差、施工期间温度过高或混凝土养护不良等均可导致混凝土在初凝至终凝期间表面干燥、失水、内外温差较大而导致混凝土裂缝产生等。
2 民用建筑混凝土裂缝处理技术
2.1 表面修补
涂覆法:该种方法适用于混凝土表面出现数量较多且较为密集的裂缝表面,涂覆一般采用人工或机械喷涂的方法将修补材料涂覆于混凝土表面形成封闭层,一般涂覆厚度在0.3~2.5mm范围内,厚度越大其覆盖能力越强,涂覆材料的选用应结合室内外温度变化和裂缝发展情况趋势进行选择,一般有耐磨要求的部位采用环氧沥青涂料、聚氨酯材料等刚性材质,对于裂缝不稳定不为则多采用聚氨酯弹性体、橡胶型丙烯酸脂涂料等。
增加整体面层:该种方法适用于混凝土表面裂缝多且分部面积广的情况,施工工艺是采取增加一层水泥砂浆或细石混凝土整体面层,为了保证该面层强度和其与原来混凝土结构粘接牢固而在内部配置双向钢丝网,若条件允许应采用喷射法进行面层施工。
环氧胶泥法:该种方法适用于裂缝数量较少且不集中,但裂缝宽度较大的情况,其是在裂缝内部采用人工或专用机械方法将环氧胶泥压抹入裂缝内部。
表面缝合:该种方式是首先在裂缝两侧进行钻孔或凿槽,之后将U型钢筋或金属板置入槽孔内,然后采用环氧树脂砂浆类无收缩型砂浆在槽孔内进行填灌以实现对裂缝缝合的目的,该种方法适于裂缝少而宽的情况。
2.2 局部修复
充填法:该方法适用于较宽裂缝或采用钢钎、风镐以及高速转动的切割圆盘将裂缝开凿为V型或梯形槽,之后在槽内分层抹压环氧砂浆、水泥砂浆、聚氯乙烯胶泥以及沥青油膏等材料对裂缝进行填充。一般裂缝多采用V型槽修补,渗水裂缝则采用梯形槽配合聚氯乙烯胶泥或沥青油膏修补,有结构强度要求的缝隙多采用环氧砂浆进行修补。
预应力法:首先采用钻机在混凝土构件上钻孔,在钻孔过程中应注意避开钢筋,之后在孔内穿如螺栓或预应力钢筋并拧紧螺帽对缝隙施加预应力来促使裂缝减小或闭合,在钻孔时应尽量保证孔与裂缝垂直,若不能保证其相互垂直则应采用双向施加预应力的方法。
更换法:部分混凝土构件尤其是预制构件在其运输、堆放及吊装过程中由于种种哦原因而导致裂缝形成,对该种裂缝的修补可采用先将裂缝附近混凝土凿除,之后将缝隙清洗并充分湿润后在裂缝内部重新浇筑强度等级高一级的混凝土,该种方法修补后的构件绝大多数仍可使用,但在进行缝隙修补前应仔细检查内部钢筋的实际应力和变形情况,同时修补所采用的混凝土宜为微膨胀型。
2.3 灌浆法
该种方法适用于对结构整体有影响的裂缝,其是将水泥或化学材料配制的环氧树脂、聚氨酯等浆液用专用压力设备注入裂缝,通过浆液在缝隙内扩散、凝固而达到堵漏的目的,由于在固化过程中的浆液有较高的粘接强度,其能够与混凝土进行良好的粘接因而可增强构件的整体性,在实现补漏的前提下可恢复构件的使用功能,提高耐久性,该种方法主要采用环氧树脂和甲基丙烯酸甲酯等浆液进行结构修补,采用水玻璃、聚氨酯以及丙烯酸盐等材料进行防渗堵漏裂缝修补。
2.4 其它
结构加固:该种方法适用于混凝土构件裂缝已经影响到结构的使用性能及强度时,所采用的方法一般有在边角部位包型钢或采取加大混凝土结构截面面积、在混凝土构件表面粘贴钢板以及采用预应力加固、增加支点加固等方法。
电化学法:该方法是利用在混凝土上施加电场,利用电场在带介质内的电化学作用来改变混凝土内离子分布状体,从而实现提高内部钢筋周围的PH值达到钝化钢筋并达到防腐的目的。
3 结束语
目前国内建筑多以混凝土结构为主,该结构建筑往往由于种种内因或外因作用在不同程度上存在裂缝现象,其形成原因大多是由于温度、湿度收缩和不均匀沉降造成的变形变化引起的裂缝和由于荷载作用引起的荷载裂缝以及两种原因共同导致的裂缝,当前混凝土结构裂缝问题已成为建筑物普遍存在的问题,其存在不仅影响了建筑的外观也在一定程度上影响着建筑的使用功能及寿命,作为建筑用户对建筑裂缝问题也愈来愈敏感,因此对裂缝进行正确的成因分析并采取有效的修补措施对混凝土结构建筑来说至关重要。
参考文献:
[1] 王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.
[2] 陈士良等.现浇楼板的裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.
关键词:土木工程; 混凝土裂缝; 裂缝修补技术
Abstract: the concrete is the most widely used in civil engineering, the dosage of the most mixed materials, but a large number of engineering practice shows that concrete structures are basically take cracks of work. According to the concrete cracks situation and its reason, the analysis of the concrete crack repair processing technical measures grouting.
Keywords: civil engineering; Concrete crack; Crack repair technology
中图分类号: TV543 文献标识码: A 文章编号:
近年来,我国建筑业得到了飞速发展,更多先进的技术被逐渐应用到建筑工程。混凝土因取材广泛、价格低廉、抗压强度高、易浇筑成型、耐火性好、不易风化等特点已成为当今用量最大的一种建筑材料。裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象,它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力,影响建筑物的使用功能,而且会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影响建筑物的承载能力。因此要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待,采用合理的方法进行处理。
1混凝土裂缝产生的原因
混凝土由于自身均匀性差、离散性大而极易产生裂缝,但是混凝土产生裂缝的形式和种类是多种多样的,各种形式产生的原因也是不尽相同的。要从根本上解决混凝土的裂缝问题,必须从源头入手,正确判断和分析混凝土裂缝的成因,才能够有效地控制和减少混凝土裂缝产生。在这一基础上,才能够大大减少后续的修补工作。混凝土结构裂缝产生的原因可分为两类:一是结构型裂缝,由外荷载引起的,包括常规结构计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝;二是材料型裂缝,由非受力变形变化引起,主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。根据大量裂缝观测分析,混凝土裂缝主要是由非荷载作用引起的。
1.1承受荷载引起的裂缝
由于混凝土材料自身抗拉强度低的特殊性,所以会在硬化成型后出现微裂缝。在使用荷载和结构自重的共同作用下,混凝土结构的拉应力逐渐增大,使得微裂缝慢慢地发展成为宏观裂缝。有时是在混凝土结构还未达到设计要求的强度时,就施加荷载而产生裂缝。一般情况下,即使混凝土建筑物在设计荷载下,也能够产生裂缝,且混凝土的蠕变或偶然超载,裂缝还会进一步扩展或变化。
1.2非荷载作用引起的裂缝
混凝土在浇注数小时内,受高温或较大风力的影响,混凝土表面失水大于混凝土的泌水
速度,造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩,此时混凝土处于塑性状态,强度较小而无法抵抗本身的收缩,因此产生龟裂。影响塑性收缩的主要因素有水灰比、混凝土凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等。此外,还有一种干缩裂缝。混凝土在浇筑完毕后约一周,水泥浆中水分的蒸发会产生干缩。由于混凝土内外水分蒸发程度不同,故会导致变形不同而形成干缩裂缝。
2混凝土裂缝修补技术
混凝土开裂的原因是多样的,针对不同原因引起的裂缝选择相应的修补技术可以适当恢复混凝土结构因开裂而降低的安全性、耐久性、不透水性及美观等功能。根据裂缝产生的原因分析和掌握的裂缝现状,选择适当的修补方法对裂缝进行必要的修补,使其能恢复到或接近于开裂前的状态。
2.1表面涂敷或喷涂
表面涂敷或喷涂处理法是一种简单,常见的修补方法。它主要适用于对承载力没有影响或者影响很小的表面裂缝及深进裂缝处理,还适用于大面积细裂缝防渗防漏的处理。常用的有表面涂抹水泥砂浆法和表面涂抹环氧胶泥法。处理表面细微裂缝(一般宽度
2.2材料填充
在裂缝的部位直接用修补材料填充,一般用来修补宽度
2.3灌浆修补
通常在处理深进和贯穿或者对结构整体有影响,或有防水防渗要求的混凝土裂缝,采用压浆泵将修补用胶浆压入构件的裂缝中,胶浆凝结硬化后起到补强和恢复结构构件整体性的作用。灌浆法主要用于处理深进或贯穿的,。经修补后,能恢复结构的整体性和使用功能,提高结构的耐久性。灌浆法分为水泥灌浆和化学灌浆。一般对宽度>0.5mm的裂缝,可采用水泥灌浆;对于宽度
2.4结构加固法
结构加固法适用于结构的承载能力、整体性、耐久性有较大影响的不均匀沉陷裂缝和较为严重的张拉裂缝的处理及表面损坏严重的,表面、深进及贯穿性裂缝的加固处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法:加大混凝土结构的截面面积,在构件的角部外包型钢,采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。加固方法的选择应根据可靠性鉴定结果、结构功能降低及加固原因,结合结构特点、当地具体条件、新的功
能要求等因素,并按加固效果可靠、施工简便、经济合理等原则综合分析确定。
3结语
混凝土裂缝是土木工程中较为常见的问题,同时也给工程技术人员带来了诸多麻烦。对混凝土裂缝问题进行认真研究,区别对待,采用合理的方法处理,可保证混凝土建筑物及构件的安全性和稳定性。只要从材料上加以控制,加强施工工艺管理,加强设计控制,就能大大减少裂缝的数量和宽度,尤其避免有害裂缝的出现。对于发生的裂缝,针对裂缝原因及时采取正确的方法进行修补和加固,可以达到预期的效果。
参考文献
[1] 陈士良,徐伟,潘延平.现浇楼板的裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.
[2] 陈辉.混凝土裂缝修补技术探讨[J].工程建设,2008(2)
就显的特别重要。
1项目研究探讨背景和基本情况
水泥混凝土路面具有强度高、刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好和使用寿命长等优点,因此,水泥混凝土路面得到广泛的应用,特别是高等级、重交通的道路,水泥混凝土路面应用得更广泛。20世纪90年代以来,根据我国的资源条件和公路事业的发展需要,交通部提出了“黑白并举”的路面发展战略,对发展水泥混凝土路面采取了“因地制宜,积极稳妥,确保质量,加快发展”的16字方针,水泥混凝土路面的应用得到迅猛发展。
随着水泥混凝土路面里程的不断增长,路面养护管理工作日益繁重:一是早期修建的水泥混凝土路面大多已接近使用年限,需要翻修;二是近期修建的水泥混凝土路面,由于诸多原因,大多已出现不同程度的损坏。国内早期修建的水泥混凝土路面,主要用于二级以下公路上,设计强度低、面板厚度薄,在车辆荷载及外界因素的作用下,有的修建不久便出现破坏,有的已超过使用年限,大多数进行过罩面、补强或改建。近年修建的水泥混凝土路面,由于施工、养护及自然因素等原因,也出现了不同程度的损坏,虽然这些损坏大多还未严重到影响水泥混凝土路面的正常使用,但随着交通量的增长,损坏逐渐加剧,如不及时维修,将会给以后的养护带来更大的困难;造成不必要经济损失和不良的社会影响。
交通部于2010年在东部交通建设科技项目中立项对水泥混凝土路面养护技术进行了研究。本项目由浙江省交通设计研究院和交通部公路科学研究所承担,浙江省公路管理局,同济大学等单位对该项目进行了研究和探讨。主要针对目前水泥混凝土路面养护中存在的突出问题,研究了水泥混凝土路面结构承载能力检测评价、混凝土抗盐冻、板底灌浆、薄层修补和路面板修复五个方面的关键打桩,提高了提高我国水泥混凝土路面养护水平,并为修订或增补水泥混凝土路面养护技术规范提高了最新的技术内容。
2项目研究探讨概况
浙江省是国内水泥混凝土路面修建里程较多的省份之一,省内通车水泥混凝土路面公路已超过8000km;水泥混凝土路面占高等级路面的比重最大,目前已通车的2000多公里高速公路全部为水泥混凝土路面。浙江交通设计研究院长期重视国内外水泥混凝土路面养护新技术跟踪、引进和消化吸收,并进行积极探索研究。“九五”期间承担了“水泥混凝土路面裂缝修补技术研究”(国家“九五”攻关项目)等项目,近10年来一直与浙江省公路管理局合作,以浙江省内多条水泥混凝土路面公路为依托,开展水泥混凝土路面养护技术的研究。2010年水泥混凝土路面养护技术列入东部项目后,以省内公路为依托,对该技术进行了更为全面、系统的研究。
通过大量的理论分析、室内试验研究,项目在水泥混凝土路面结构能力检测评价、混凝土抗盐冻、板底脱空及其自治薄层修补和路面板修复等方面取得了丰富成果。在工程中的应用表明,这些研究成果具有很强的实用价值,对提高我国水泥混凝土路面养护技术水平、改善水泥混凝土路面的使用性能、延长水泥混凝土路面的使用寿命具有积极的促进作用。
3项目取得的研究探讨成果
本项目立足于水泥混凝土路面养护新技术的研发,对当前水泥混凝土路面养护中存在的突出问题和不足进行了全面、系统、深入的研究。研究取得的主要研究成果如下。
(1)以落锤式弯沉仪为测试手段,路表弯沉盆为主要研究对象,水泥混凝土路面剩余能力的检测与评价技术进行了系统研究,取得如下研究成果:①提出了水泥混凝土路面温度状况的无温度传感器测试(半理论测试)方法。即利用路表温度函数模型和总价气象资料,辅以简单的现场实测温度数据,推算旧水泥混凝土路面瞬时温度状况的(即半理论测试)方法;②建立了水泥混凝土路面板温度梯度与路表弯沉的关系。即建立水泥混凝土路面板温度梯度与路面弯沉的关系式;③对《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD040-2002)中提出的基层顶面当量回弹性模量的无损测定方法进行了改进;通过大量的对比测试,拗口出利用紫法测定基层顶面当量回弹性模量与实际存在显著差异,在应用时应对其进行修正,并提出了基层顶面当量回弹性模量的参考修正系数;④提出了基于路表弯沉曲线的水泥混凝土路面疲劳损伤度的计算方法,并建立了考虑疲劳损伤影响的路面车辆荷载和温度应力的计算公式;⑤建立了都考虑温度和疲劳损伤影响的旧水泥混凝土路面板剩余寿命无损测试估算方法。通过实践运用表明该方法能够较准确地估算出旧水泥混凝土面板剩余寿命。
(2)通过对水泥混凝土路面盐冻破杯机理及其主要影响因素和水泥混凝土路面盐冻破坏修复材料与修复技术的研究;①首次提出了适合于我国的水泥混凝土路面盐冻试验方法。包括试验装置、试验条件、评价指标;②提出了水泥混凝土路面结冰压测定方法;③借助于本项目提出的盐冻试验方法和结冰压测定方法,首次测得NaCI浓度对饱水度、溶液结冰压和膨胀率的影响数据,并结合盐结晶压和化学侵蚀破杯较全面的解释了混凝土盐冻破坏机进和破杯;④提出了可以使水泥混凝土路面的抗盐冻性能可以提高10倍以上的设计原则与防治技术;⑤优选出了盐冻破坏修复材料,并提出了相应修复工艺
(3)通过对路面板底脱空形式机理及变化规律、板底脱空检测评价方法及其处治技术的研究:①探索提出了路面板底脱空发展变化规律。即通过试验研究典型基层结构的水泥混凝土路面板底脱空的发展变化规律,并建立典型基层水泥混凝土路面板底脱空发展的预估模型;②建立了路面板底脱空检测方法与评价指标。包括测试部位、测试荷载、测试时间、评价指标;③提出了确定路面板底灌浆深度的方法。即根据脱空板底的实际状况,确定浅层灌浆还是深层灌浆方法;④系统提出了路面板底灌浆材料性能指标与要求。通过室内的理亏试验研究,从灌浆材料的可灌性、灌浆效果、强度等等方面对路面板底灌浆材料的性能提出具体的评价方法和指标要求;⑤建立了路面板底灌浆效果检测方法与评价指标。
(4)对水泥混凝土路面薄层修补技术进行了研究,围绕提高薄层修补界面粘结性能,重点研究薄层修补收缩特性和界面处理技术,解决了水泥混凝土面薄层修补关键技术,取得了如下研究成果:①得出水泥混凝土薄层收缩特性,即得出了水泥混凝土薄板收缩应力,应变发展规律及主要影响因素;②提出影响新旧水泥混凝土界面粘结性能的主要因素,包括界面宏观、微观粗糙度,界面剂等;③研究提出了水泥混凝土路面界面处理实用技术――高压水射流+酸蚀的界面处理方法。利用此方法进行界面处理,利用路表原有的宏观粗糙度,可使新旧混凝土粘结抗剪强度达到6.0Mpa以上;④建立了薄层修补复合小梁试件的双参数疲劳议程。薄层修补复合小梁件疲劳议程表明态度,水泥混凝土薄层修补能与旧混凝土粘结良好,共同受力;⑤成功地铺筑了水泥混凝土薄层修补试验工程。
(5)研究了水泥混凝土路面权块病害修复技术,根据路面板的主要病害形式,重点研究了路面裂缝修复技术、边角快速修复技术、路面板预制拼装修复技术和全厚式现浇快速修复技术,取得如下研究成果:①提出了跨缝斜孔植筋裂缝修补方法。即采用在裂缝两侧交叉钻斜孔、安装传荷装置为主要特征,实惠恢复水泥混凝土路面整体性的裂缝修复方法;②提出了水泥混凝土路面预制拼装快速修复技术。即在养护工作中,采用水泥混凝土预制板对路面破碎板进行更换的路面板修复技术;③提出了水泥混凝土路面预制拼装板接缝处理技术。即采用小石子灌环氧液增强板间的荷载传递,用TST弹塑体作上层堵塞,达到防止接缝漏水,行车平稳、舒适、耐久性好,预制拼装路面的传荷系数达到原有路面的传荷系数的接缝处理技术。④研制了复合型快速修补剂。即通过试验研究,采用多元复合技术,研制具有早期强度高,后期强度倒缩小、收缩小、凝结时间长、且掺量低等优点的复合型快速修补剂;利用修补剂配制的快速修补混凝土初凝时间≥1h,在坍落度不小于3cm的情况下,6h抗折强度可达4.35Mpa,且耐久性好;与52.5级水泥进行水泥混凝土路面整板全厚修补可实现8h可开放交通。⑤研究了修补剂的作用机理。通过试验研究,全面阐述了早强修补剂的早强作用机理。⑥提出了快速修补混凝土的早期自收缩与干缩试验初始长度测试方法。通过试验研究,确定快速修补混凝土的早期自收缩与干缩试验初始长度测试的依据和具体指标要求。
4项目推广应用情况
项目研究过程中,项目组非常重视技术的推广应用工作,始终与工程实际相结合。在浙江省内多条公路上工作取得了良好效果,本项目的成果得到了管养部门的认可,浙江省内的水泥混凝土路面板底脱空检测与评价、板底灌浆效果检测与评价、路面改造加铺前的路面结构承载能力和面板剩余寿命估算等方面今后的工作都将采用本项目的研究成果。另外,随着大家对本项目研究成果的进一步认识,坑盐冻、薄层修补和板块修复技术在水泥混凝土路面养护中也必将得到广泛应用,推广应用前景十分广阔。
关键词:混凝土;裂缝;检测;修补
belong to common, universal materials, increasingly wide range of applications, the concrete strength is getting higher and higher, but due to the characteristics of the concrete, the concrete cracks are more and more. This article introduced the causes of cracks, fracture classification, repair technology and repair quality control, to provide a reference for engineering concrete crack.Key words: concrete; cracks; detection; repair
中图分类号:TU375 文献标识码: A 文章编号:2095-2104(2012)04-0020-02
1.前言
1.前言
发现混凝土裂缝后应首先对裂缝的长度、宽度、形状、部位进行检测,根据检测结果判别是否有害裂缝,并认真分析原因,最后结合原因采取可行的修补措施,使得混凝土能够具有设计要求的承载能力,消除质量隐患、恢复使用功能。
2.混凝土裂缝的成因、表现和分类
2.1裂缝成因
混凝土产生裂缝的原因一般是原材料选配不当或级配不良,如:水泥安定性不良或品种选用不当,砂过细,骨料级配不当;混凝土搅拌时间过短,振捣不良,浇筑速度过快,钢筋设置不合理;使用中构件承受的荷载不均匀或超出设计要求,造成裂缝;气候过热或过冷,造成温度应力使得混凝土开裂或受到化学侵蚀、地震等影响开裂。
2.2裂缝表现和分类
混凝土结构的裂缝,按其成因可分为结构性裂缝和非结构性裂缝,按其表现形式可划分为静止裂缝、活动裂缝和尚在发展的裂缝。
(1)结构性裂缝:由外荷载引起的裂缝,其分布及宽度与外荷载有关。这种裂缝出现,预示着结构承载力可能不足或者存在其它严重问题。
(2)非结构性裂缝:由变形引起的裂缝,如温度变化、混凝土收缩等因素引起的裂缝。这种裂缝对结构的承载能力影响较小。
(3)静止裂缝:形态、尺寸和数量已稳定不再发展的裂缝。
(4)活动裂缝:宽度在现有环境和工作条件下始终不能稳定、易随着结构构件的受力、变形或环境温度、湿度变化而时张、时闭的裂缝。
(5)尚在发展的裂缝:长度、宽度和数量尚在发展,但经历一段时间后发展将会终止的裂缝。
裂缝按照宽度可分为微裂缝(宽度小于0.05mm)和宏观裂缝。宏观裂缝又可分为:温度裂缝、荷载裂缝、变形裂缝。一般微裂缝不影响结构使用,我们所说的裂缝一般是指宏观裂缝。
3.裂缝检测
3.1裂缝长度检测
一般以裂缝两端的实际走向长度定为裂缝长度,可用钢尺丈量检测。
3.2裂缝宽度检测
一般以裂缝最宽处的尺寸作为裂缝宽度,可用钢尺、裂缝卡、裂缝读数放大镜逐条测量。
3.3裂缝深度检测
一般以构件表面至构件未裂部位的距离尺寸作为裂缝深度,可由钻芯取样法、超声波法(含地质雷达法)和灌注彩色液体法进行检测。
3.4裂缝发展检测
混凝土结构裂缝的发展,通过检测裂缝的数量增加,裂缝长度、宽度和深度的增大,确定裂缝的发展。
3.5裂缝长度变化监测
在已观察裂缝两端,划线作为裂缝的端点,并在旁边记上观测日期,定期进行观察,查看裂缝是否伸出端点,若伸出,表明裂缝长度在伸长变化(见图一)。
图一:混凝土结构裂缝长度变化监测方法简图
3.6裂缝宽度变化监测
在已观察裂缝最宽的部位做上记号并粘贴玻璃条(3mm厚)或安装百分表支座,定期观察,若玻璃条被拉断或百分表读数显示裂缝宽度增大,则表明裂缝宽度增大变化(见图二)。
图二:混凝土结构裂缝宽度变化监测方法简图
4.裂缝修补
4.1裂缝修补的作用
(1)抵御诱发钢筋锈蚀的介质侵入,延长结构使用寿命;
(2)通过对混凝土补强保持结构、构件的完整性;
(3)恢复结构的使用功能,提高其防水、防渗能力;
(4)消除裂缝对人们形成的心理压力;
(5)改善结构外观。
4.2裂缝修补原则
4.2.1 规范原则
(1)可靠性鉴定确认必须修补的裂缝,应根据裂缝的种类进行修补设计,确定修补材料、修补方法和时间。
(2)混凝土结构因承载力不足引起的裂缝,除按规范规定的适用修补方法进行修补外,还应采用适当的加固方法对结构进行补强和加固。
4.2.2技术原则
(1)静止裂缝:可即时进行修补;依据裂缝粗细和干湿环境选择修补材料和修补方法。
(2)活动裂缝:修补时,应先消除其成因,并观察一段时间,确认已稳定后,再按静止裂缝的处理方法进行修补;对于不能完全消除成因的裂缝,但确认对结构、构件的安全性不构成危害时,可使用具有弹性和柔韧性的材料进行修补。
(3)尚在发展的裂缝:不可即时进行修补;应待裂缝停止发展后再进行适应方法的修补或加固。
4.3裂缝修补方法
规范规定且工程常用的4种裂缝修补方法如表1所示。根据工程需要,4种裂缝修补方法可组合使用,以求达到最好的修补效果。
4.4裂缝修补材料
4.4.1 裂缝灌缝胶(注射剂)材料
裂缝灌缝胶(注射剂)材料主要采用改性环氧树脂、改性丙稀酸树脂和改性聚氨酯类材料制成。
4.4.2 裂缝注浆材料
聚合物水泥浆的聚合物材料有天然或合成橡胶浆、热塑性或热固性聚合物树脂(主要为不饱和聚酯树脂和环氧树脂等)及水溶性聚合物(包括纤维素衍生物─基甲纤维素(MC)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯盐─聚丙烯酸钙和糠醇等)。其掺入量为水泥质量的5~25%。
4.4.3 裂缝封闭材料
(1)裂缝一般封闭主要采用环氧树脂材料;
(2)裂缝表面封护增强材料,主要采用E型和S型GF布、CF布及其配套的胶粘剂。
4.4.4 活动裂缝修补材料
(1)主要采用无流动性的有机硅酮、聚硫橡胶、改性丙烯酸酯、聚氨酯等柔性的嵌缝密封胶类修补材料。
(2)活动裂缝修补材料还可用于混凝土与其它材料接缝界面干脆性裂隙的封堵。
4.4.5 潮湿环境裂缝修补材料
(1)含水率>8%的混凝土构件,裂缝修补材料应选用能在水中固化的亲水型环氧树脂类材料制成的封缝胶、灌缝胶、注浆料及粘贴纤维布的配套胶;
(2)含水率>8%的混凝土构件,有条件干燥使其含水率下降时,可选用一般的通用型环氧树脂类材料制成的裂缝修补材料。
4.5裂缝修补施工技术
4.5.1表面封闭施工技术
4.5.1.1涂刷树脂胶液表面封闭施工技术
(1)先对裂缝封闭范围的混凝土表面采用手提砂轮机打磨除去表层污渍,打磨范围应超出裂缝四周各200mm,打磨至露出混凝土新面,经检查合格后,再用吹风机或空压机吹风清洁,并用丙酮涂刷或擦拭进一步清洁裂缝封闭范围的混凝土表面。
(2)按照设计或产品说明书要求配兑环氧树脂封缝胶,用毛刷或胶辊粘胶涂刷于要求裂缝封闭的混凝土表面。封缝胶应分两次纵横向涂刷,后次纵向(或横向)涂刷应在前次横向(或纵向)涂刷胶液成膜并指触干燥时进行。每次涂刷应细密重迭和均匀,保证涂刷胶液不流淌或流淌后应即时补刷,胶液固化后胶膜均匀、密实封闭裂缝。
4.5.1.2 刮涂树脂胶泥表面封闭施工技术
(1)先对裂缝封闭范围的混凝土表面打磨除去表层污渍,打磨范围应超出裂缝四周各200mm,打磨至露出混凝土新面为止,然后吹风清洁和用丙酮擦拭清洁干净混凝土表面。
(2)按照设计要求配制环氧树脂胶泥,每次配兑的胶泥数量以1小时内能刮涂施工完毕为宜,配好的胶泥的黏稠度,应既便于施工,又能保证工程质量。
(3)采用灰刀和刮板将胶泥均匀、密实地刮涂和抹压在裂缝封闭范围的混凝土表面,胶泥应纵横向刮涂和反复抹压,刮涂、抹压次数不小于3次;第一次刮涂、抹压的方向应垂直于裂缝走向,使尽可能多的胶泥抹压进入裂缝内部,并与混凝土粘接牢固;胶泥固化(硬化)后膜层应密实和均匀,无裂缝和孔洞。
(4)封缝胶泥硬化后,构件表面应打磨平顺。
4.5.1.3 粘贴纤维布表面封闭施工技术
(1)先对裂缝封闭范围的混凝土表面打磨除去污渍表层并使打磨后的混凝土新面坚实、平顺,打磨范围应超出裂缝四周各250mm,然后吹风清洁和用丙酮擦拭清洁干净混凝土表面。
(2)按粘贴纤维布加固混凝土结构的技术要求,先涂刷高强度、低粘度的底胶,并使底胶尽可能多地渗入裂缝中,凝胶后再用找平胶配兑胶泥修补整平封闭范围的混凝土表面,凝胶后再一次打磨平顺并吹风清洁干净。
(3)选择GF布或及与其配套的浸渍胶,将纤维布粘贴于裂缝封闭范围的混凝土表面,要求纤维方向垂直于裂缝走向,纤维布与混凝土应密贴并张紧,纤维布超出裂缝四周每边均不少于200mm,纤维布自身搭接长度不小于100mm。
(4)纤维布粘贴完毕后应在其表面再涂刷一遍浸渍胶,并洒布一层石英砂,便于纤维布固化后在其上涂抹水泥浆或灰浆等其它饰面层,自检合格后报工程监理和质监单位检查验收。
4.5.2 灌缝胶注射修补施工技术
(1)骑缝打磨裂缝范围的混凝土表面并吹风清洁干净,打磨范围应超出裂缝四周各50~100mm。
(2)骑缝粘贴固定专用注射器的BC基座,要求基座中心对准裂缝中心,基座间距一般为200~400mm(即每延米裂缝粘贴3~6个),基座间裂缝表面刮涂环氧树脂胶泥或粘贴GF布进行严密封闭防止压注时灌缝胶从基座间裂缝中溢出。
(3)按设计要求和产品说明书要求配兑干燥型或潮湿型灌缝胶,每次配兑的灌缝胶数量以一次压注完胶液不在注射器内发热、变稠和凝胶为限,做到专人配兑、专人检核、称量准确、搅拌充分、即配即用。
(4)先将灌缝胶吸入注射器并用活动卡条固定,再将注射器装入BC基座拧紧固定,全部注射器安装完毕后松开固定卡条,使灌缝胶在注射器配套专用压力筋作用下低速低压连续自动地将灌缝胶源源不断地压入裂缝深处,一个注射器的灌缝胶注射完毕,立即换上另一个预先吸满灌缝胶的注射器继续压注,直至裂缝完全灌满为止。
(5)灌缝胶固化8小时后撤除注射器,剔除封缝胶泥或封缝GF布,用手提砂轮机打磨平顺并吹风清洁干净,自检后报工程监理和质监单位检查验收。
4.5.3 压力注浆修补施工技术
(1)注浆孔分为直接在裂缝表面固定注浆嘴(适用于一般结构缝深≤1.2m的裂缝)和钻孔埋管两种。钻孔埋管方式又分为骑缝孔(适用于缝深1~2m的裂缝)和穿缝斜孔(适用于深层裂缝)两种。
(2)钻孔埋管方式如图三所示,钻孔的孔径为Φ20,孔深为100~150mm,孔距为800~1000mm,为避免钻孔底部偏离缝面,管底距孔底要保留1/3孔深距离,即灌浆管仅埋入孔深的2/3左右,并防止砂浆堵孔。
(3)注浆嘴设置间距一般为200~500mm,应设置在裂缝交叉点,裂缝较宽处和端部;注浆嘴或埋管固定好后,其间裂缝用环氧树脂胶泥或GF布进行封缝。
(4)进行压浆设备的适用性检查和试压,保证其流动度和适应性,试压在封缝胶泥或GF布固化后进行。若试压气压达到0.5MPa时某注浆嘴仍不通气,则说明该部位与其它压浆嘴未连通,应重新埋设注浆嘴,并缩短注浆嘴的间距;若封缝处肥皂水鼓泡,则说明该处漏气,封缝不严密,应重新封缝。在压气检测中应注意吹净缝内及孔内灰尘及粉末。
(5)按照设计要求试配小批量注浆料送监理和质监单位试验检测合格后,正式配兑大批量注浆料,按设计压力对各压浆嘴逐个进行压浆。竖向裂缝压浆时,应按从下向上顺序进行(图四);对板面贯穿性裂缝,宜从下向上注浆。
(6)注浆过程中出现下列标志之一者,均表明裂缝处注浆饱满,可转入下一个注浆嘴继续注射,直至整条裂缝注满为止:
1)在注浆压力下,上部注浆嘴有浆液流出,应及时以胶泥或堵头堵孔封闭上部注浆嘴,并维持原工作压力1~2min;
2)当存留在注浆器中的浆液(不得发热、变稠)5min内未见注入,或吸浆率小于0.05L/min;
(7)裂缝内的注浆料全部凝固后,撤除压浆嘴,剔除封缝胶泥或GF布并打磨平顺、吹风清洁干净。
(8)深层裂缝注浆,一般情况下骑缝孔和穿缝斜孔两种钻孔并用。此时,骑缝孔先作排水、排气用,待穿缝斜孔灌浆后,再灌骑缝孔。
图三: 裂缝压力注浆的钻孔埋管方式
图四: 裂缝压力注浆的注浆过程
4.5.4 填充密封修补施工技术
(1)沿裂缝走向按设计和规范规定的剖面尺寸骑缝凿槽或切槽,凿槽或切槽应延伸过裂缝末端,槽的端头应做成弧形,以避免该处应力集中。凿槽或切槽完成后,应吹风清洁干净。
(2)当设置隔离层时,槽底隔离材料应采用不吸潮膨胀、且不与弹性密封材料及结构材料相互发生反应的材料,隔离材料应紧贴槽底。
(3)采用图五的构造来处理活动裂缝或尚在发展的裂缝时,填入槽中的弹性密封材料宜低于构件表面高度。
(4)采用微膨胀水泥砂浆、聚合物砂浆或细石混凝土填缝时,先用水润湿槽内壁及周边,然后再填入灌缝材料,表面抹压平整后,注意养护,以免表面出现裂缝
(5)采用改性环氧树脂或弹性填缝材料填缝时,填实后应粘贴GF布或CF布等增强纤维布封闭其表面,保护填缝料不压坏和碎裂溢出(图六)。
图五:裂缝填充密封构造
图六: 裂缝填充密封的表面封闭构造
5. 裂缝修补质量控制
5.1 材料质量控制
(1)裂缝注射、注浆修补材料的质量应符合相关规范和标准规定的性能指标,其它材料的质量性能应满足相关技术规范、标准的要求。
(2)裂缝修补材料应有产品合格证和质量检验报告,产品合格证应有出厂日期、数量、规格、保质期,严禁使用过期及无合格证的材料;质量检验报告应由有检测资质的单位出具,并能反映出是该批材料的质量指标。
(3)裂缝修补材料进场后,应按规定及时进行见证抽样复检,复检不合格的材料不准使用,检验合格批准进场使用的材料,应在干燥、清洁、远离高温的环境下存放,并具有明显的标识。
(4)封缝胶、灌缝胶、注浆料和填缝料应由专人配制,配比及称量应由第二人检验复核,并应有每次配料的称量记录,以便出现问题时查找原因。
5.2 施工质量控制
(1)裂缝修补实行全程质量控制,施工现场管理有相应的施工技术标准、健全的质量管理体系、施工质量控制和检验制度,使建设单位、监理单位和施工单位人员有章可循。
(2)裂缝修补施工,应根据设计和相关标准、规范、规程要求,结合工程内容和施工环境制定切实可行的施工组织设计和施工技术方案。对涉及结构安全和人员安全的内容,应有明确的规定和相应的措施。
(3)施工单位严格按照有关施工技术标准和经审批的施工组织设计、施工技术方案进行施工,并有完整的施工记录和质检记录;每道工序完成应按规定检查验收,检验合格方可转入下道工序施工。
(4)裂缝修补施工环境的温度,应满足设计和规范要求,并避免在烈日、雨雪、风沙天气条件下施工,以减少环境对质量的不利影响。
5.3 施工质量检验
(1)对影响结构、构件承载力的裂缝(结构性裂缝)修补后,必须进行检测确定修补质量满足设计要求。
(2)裂缝表面封闭修补后,封缝胶膜、胶泥层和纤维布应均匀、平整、不出现裂缝、孔洞和脱落,粘贴纤维布的宽度允许偏差为-3~+5mm,长度允许偏差为-5~+10mm,中心线允许偏差为±5mm。
(3)裂缝注射灌缝胶修补后,固化期达到7d时,可采用取芯法检验压注修补质量,芯样检验采用劈裂抗拉强度测定方法。检验结果符合下列条件之一时为符合设计要求:
1)沿裂缝方向施加的劈力,其破坏应发生在混凝土部分(即内聚破坏);
2)破坏虽有部分发生在界面上,但其破坏面积不大于破坏总面积的15%。
(4)裂缝压力注浆法修补后,可采用超声波法进行检测,并与压浆前的超声检测结果对比(前后波形变化)确定压浆修补效果。
(5)裂缝填充密封修补后,不仅要检验表面纤维布封闭保护效果,还要检查隔离层,填充料施工的隐蔽工程验收记录,综合评定裂缝修补质量。
参考规范:
(1)中华人民共和国国家标准《混凝土结构加固设计规范》(GB 50367-2006);
(2)中华人民共和国行业推荐性标准《公路桥梁加固设计规范》(JTG/T J22-2008 );
关键词:桥梁;裂缝;成因;控制;治理;保护
Abstract: improve the durability of concrete bridge, the crack control structure, is the bridge engineering a key and difficult. This paper analyzes the cause of cracking of concrete bridge, both the crack of bridge, according to the different conditions, take the targeted management plan management, guarantee the safe operation of the structure. And introduce several kinds of concrete bridge crack repair methods, including surface closed repair method, chemical grouting method and paste steel construction method, etc.
Keywords: bridge; Crack; Cause; Control; Management; protection
中图分类号:TU74文献标识码:A文章编号:
大连快轨三号线桥梁正线共有14座高架桥部分,梁型采用单箱单室预应力混凝土连续箱梁,正线桥梁地段为双线桥梁,联络线地段为单线桥梁。全长总计达11公里多。因此桥梁的运营维护占有十分重要的位置。桥梁在建造和使用过程中,会受到环境影响、有害化学物质的侵蚀,并承受车辆碰撞、风、雨雪、流水等外力作用,同时由于采用的材料的自身性能也会不断退化,从而导致结构各部分不同程度地损伤和劣化。更要指出的是,有些桥梁在设计时存在一些构造上的缺陷,以及施工中的质量问题,加速了这些病害的形成和发展,病害的主要体现之一就是混凝土裂缝的发生与发展。
一、混凝土桥梁裂缝的分类及成因
根据裂缝形成的原因,基本可将其分为两大类。一种是由于桥梁结构的承载力或刚度不足,在荷载作用下产生的裂缝。通常有纵向裂缝和横向裂缝两种。另―种是施工时由于质量工艺影响而出现的裂缝,这类裂缝通常产生在钢筋混凝土桥梁和圬工桥梁中。由于裂缝是桥梁上的重大病害之一,因此不管是哪一种裂缝,只要裂缝的宽度和数量超出规范允许的范围和限度,都会导致结构恶化,影响到桥梁的承载能力和使用寿命,应该引起高度的重视,及时进行修补。
1 、荷载引起裂缝
混凝土桥梁在静、动荷载及次应力作用下产生裂缝,其裂缝产生原因有:设计阶段,结构受力假设与实际受力不符;结构安全系数不够;结构设计时不考虑施工的可行性;钢筋设置偏少或布置错误;结构刚度不足等。施工阶段,施工场地随便堆放施工机具、材料;不了解预制结构受力特点,随意翻身、起吊、运输、安装等。运营阶段,偶然荷载的影响,比如上下行车辆加速和减速位置重合,对桥梁形成的扭转作用。
2、 施工工艺质量引起的裂缝
与施工有关的原因,混凝土在浇筑、制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中,若施工工艺不合理、施工质量低劣,容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝,特别是细长薄壁结构更容易出现。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度产生原因有拌和不均匀,搅拌时间过长,浇灌速度过快,振捣不充分,接缝处理不当,保护层厚度不够或钢筋被扰动,模板漏浆,支撑下沉,拆模过早,初期受冻,初期养护不够,硬化前受振动或加荷,预应力混凝土过早张拉或超张拉,养护混凝土时内外温差过大。
二、混凝土桥梁裂缝的修补方法
造成桥梁病害的原因是各种各样的,这就需要我们在实际工作中针对桥梁的具体缺陷和病害进行具体分析,确定该桥存在的缺陷和病害产生的原因,找出影响耐久性的各方面因素,为今后延长桥梁的使用寿命奠定良好的基础。对于桥梁的裂缝而言,要判明裂缝的种类,并进行有针对性的处理。
1、表面封闭修补法
(1)、表面涂抹。通常是在混凝土表面沿宽度较小的裂缝涂抹树脂保护膜,在裂缝宽度有可能变动时,可采用具有跟踪性的焦油环氧树脂等材料。在裂缝多而且密集或者混凝土老化、砂浆离析的结构物上也可大面积涂抹保护膜。
(2)、“V”形或“U”形槽口充填修补。在只用上述表面涂抹处理不能充分修补的场合,可采用如下方法:在混凝土表面沿裂缝凿出“V”形或“U”形槽口,然后用树脂砂浆充填修补。填补前要用钢丝刷清除凿后已浮动的混凝土碎片,必要时可先上底层涂料然后填塞树脂砂浆。
(3)、凿深槽嵌补。先沿裂缝凿一条深槽,槽形根据裂缝位置和填补材料而定,然后在槽内嵌补各种黏结材料,如环氧砂浆、沥青、甲凝等。
(4)、表面喷浆。喷浆修补是在经凿毛处理的裂缝表面,喷射一层密实而且强度高的水泥砂浆保护层来封闭裂缝的一种修补方法。根据裂缝的部位、性质和修补要求与条件,可采用无筋素喷浆,或挂网喷浆结合凿槽嵌补等修补方法。
2、 化学灌浆法
此法可使结构重新结合为整体、阻断空气和水分进入梁体,避免腐蚀钢筋。对静止裂缝的修补,裂缝开展已基本稳定的情况,一般以环氧树脂等化学材料并施加低压灌注至混凝土裂缝中。对活动裂缝的修补,处于继续开展而未稳定的裂缝,应在分析并控制裂缝开展使其稳定后,方可进行修补加固。
先将结构物的裂缝或孔隙与外界封闭仅留出进浆口及排气孔,然后将配制的较低黏度的浆液通过压浆泵以一定的压力将浆液压入缝隙内并使其扩散、胶凝固化,以达到恢复整体性、强度、耐久性及抗渗性的目的。
灌浆材料应具备黏结强度高、可灌性好等基本要求,一般常采用环氧和甲凝两类材料。环氧灌浆是以环氧树脂为主体,它的黏结力强、稳定性好、收缩小、耐腐蚀及机械强度高,裂缝宽度在0.1mm以上时采用环氧灌浆。甲凝灌浆是以甲基丙烯酸甲酷为主体,它具有黏度低可灌性好、抗拉强度高等特点,常用于修补裂缝宽度在0.1mm以下的细裂缝。
灌浆一般采用纯压法灌浆。对于细小裂缝浆液需要较长的胶凝时间,常采用单液法灌浆。此时将所用的浆液在泵前混在一起,用灌浆机进行灌注。对于较宽的裂缝,要求浆液胶凝时间较短,常采用双液法灌浆,此时将所用的浆分成两大部分,用灌浆机分两路送至灌浆孔口混合装置再灌入裂缝。
灌浆完毕待浆液聚合固化后,即可将灌浆嘴一一拆除,并用环氧胶泥抹平。最后对每一道裂缝表面再刷一层环氧树脂水泥浆,确保封闭严实,并使其颜色与混凝土结构尽量保持一致。
3、黏贴钢板施工法
黏贴钢板施工法是将整个钢板黏贴于待修补的裂缝位置上,使其与原有的混凝土成为整体,从而提高对荷载的抵抗力。用于黏贴的钢板厚度一般为4.5~6mm,而混凝土与钢板的黏结剂一般采用环氧基液黏结剂。
(1)、注入法黏贴钢板。这种方法是在混凝土表面与钢板之间加垫块等使两者之间保持一定空隙,并用环氧树脂胶泥封闭四周,而后从注入口注入环氧树脂,同时排出空隙中的空气。由于是从一方注入因而容易残留气泡,施工时一般用木锤随时敲打钢板来确定是否灌实。这种施工法虽然费时,但即使混凝土表面不平整也可进行施工。
(2)、压黏法黏贴钢板。这种施工方法是在混凝土表面及钢板表面各涂上1~2 mm厚的环氧树脂,然后利用已固定在混凝土中的锚杆把钢板压紧在混凝土面上,随着环氧树脂被挤出,黏贴面之间的空气也被排出。用这种方法几乎不会残留气泡,黏结效果也好。